Sciences physiques Terminale S

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1 Sciences physiques Terminale S Notions et contenus Détecteurs d ondes (mécaniques et électromagnétiques) et de particules (photons, particules élémentaires ou non). Compétences exigibles Extraire et exploiter des informations sur des sources d ondes et de particules et leurs utilisations ou sur un dispositif de détection. Pratiquer une démarche expérimentale mettant en œuvre un capteur ou un dispositif de détection

2 1) La photodiode Une photodiode est un dipôle électrique sensible à l intensité lumineuse. Les plus répandues sont au silicium : elles sont sensibles à toutes les longueurs d onde du visible et présentent un maximum de sensibilité dans le proche infrarouge. Symbole normalisé d une photodiode Lorsqu elle est bloquante, la photodiode laisse passer une intensité électrique d autant plus grande qu elle est fortement éclairée. 1. A quel type d onde appartiennent les rayonnements infrarouge? 2. Comment varie l intensité dans le circuit lorsque l éclairement augmente? Lorsque la longueur d onde des rayonnements augmente? 3. Comment évolue la tension aux bornes de la résistance du circuit ci après lorsque l éclairement augmente? Rappel : Expression de la tension aux bornes d une résistance : U R =R.I

3 2) Signal émis par une télécommande 1. Réaliser le circuit suivant : Reproduire le circuit et représenter où on doit brancher un voltmétre pour pouvoir mesurer la tension aux bornes de la résistance? Le boitier Sysam peut avantageusement remplacer un voltmètre et un générateur. Les bornes SA1 et correspondent aux bornes + et du générateur. Les bornes EA0 et correspondent aux bornes V et COM d un voltmètre 3. Réaliser le montage et appeler le professeur pour faire vérifier. On utilisera la plaquette P60 afin de fixer les composants et pour éviter les enchevêtrements de fils.

4 4. Ouvrir le logiciel latispro (applications/physique-chimie/latispro) 5. Paramétrer la tension délivrée par le générateur comme indiqué sur l image de gauche. 6. Paramétrer l acquisition comme indiqué sur l image de droite. NB: si un temps d acquisition d une seconde vous semble trop court, vous pouvez l augmenter. Pour lancer une acquisition, appuyer sur F10, pour l interrompre appuyer sur Echap. 7. Enregistrer le signal correspondant à la lumière ambiante puis celui correspondant au rayonnement émis par une télécommande lorsqu on maintient une touche enfoncée. 8. En quoi la photodiode peut-elle être considérée comme un détecteur d infrarouge (argumenter)?

5 3) Photorésistance et période d un pendule simple Tout comme la photodiode, la photorésistance est un dipôle sensible à l éclairement qu il reçoit. Un pendule simple est constitué par une masse m suspendue à un fil de longueur L constante et de masse négligeable devant m. On repère la position de la masse par son abscisse angulaire θ. Pour de petites oscillations (θ<20 ) et lorsque les dimensions de la masse sont petites devant L, la période des oscillations est données par la relation : T = 2π L g g 9,81 m.s -2 est la constante de pesanteur terrestre

6 3) Photorésistance et période d un pendule simple 1. A l aide d un ohmètre, mesurer la résistance aux bornes de la photorésistance dans le noir, en lumière ambiante ou lorsque celle-ci est éclairée par un laser. Noter les résultats dans un tableau. 2. Si, dans le premier montage, on remplace la photodiode par une photorésistance, comment évoluerait la valeur relevé par le voltmètre lorsque l on passe d une lumière ambiante à la lumière d un laser? 3. Proposer alors un protocole (schéma légendé) pour enregistrer la période des oscillations d un pendule simple. 4. Mettre en œuvre votre protocole pour plusieurs longueurs de fil et comparer vos résultats à la valeur théorique (faire un tableau puis un graphique : T = f(l)) 5. A l aide d une modélisation adaptée, déterminer l équation de la courbe et en déduire une valeur de g. Comparer à la valeur théorique et conclure.

7 4) Applications On a enregistré l évolution de la tension aux bornes d une résistance en série avec une photodiode (montage 1). On éclaire la photodiode en enfonçant la touche 3 de la télécommande. 1. Quelle est la durée séparant deux pulses du signal émis par la télécommande? 2. En déduire la fréquence des pulses.